Quelles sont les principales caractéristiques des métaux, aciers et alliages ? Comment reconnaitre la différence entre l’acier et le bronze ? Pourquoi l’aluminium est-il omniprésent dans les usages ? Cet article vous donne des éléments de compréhension sur les propriétés des aciers et des alliages.
Les applications des différents métaux, alliages, aciers, alliages d’aluminium se retrouvent partout. L’étain est-il plus ductile que l’alliage aluminium/molybdène ? Les alliages de titane remplacent-ils les alliages d’aluminium ? Le carbone est-il le seul élément de composition des aciers avec le fer ? C’est ce que nous allons voir dans cet article.
Les différents métaux
Quelles sont les caractéristiques des métaux, aciers et alliages ? Les métaux sont à la fois des matériaux, des concepts et des références imaginaires.
Dans l’antiquité, 7 métaux étaient connus : or, cuivre, argent, plomb, étain, mercure, et fer. La maitrise du fer date l’apparition de l’âge de fer.
Aujourd’hui, on fait plutôt la différence entre les métaux ferreux et les métaux non ferreux.
Propriétés physiques des métaux
Les métaux ferreux mélangent fer et carbone. L’acier et les fontes représentent ces métaux. Ces métaux ont une conductivité thermique/électrique et une masse volumique importante. Ils sont oxydables (rouille) et dotés d’un point de fusion.
Les métaux non ferreux sont légers, meilleurs conducteurs (électrique et thermique) et non magnétiques. Un métal non ferreux est plus résistant à la corrosion, doté d’un point de fusion plus bas (aluminium et cuivre appartiennent à cette catégorie).
Propriétés mécaniques des métaux
La plupart des métaux ferreux et non ferreux sont ductiles et malléables. Les métaux ferreux (acier, fonte) ont une dureté exceptionnelle. Un métal de ce type est résistant, dense. Plus la quantité de carbone est importante, plus il est solide.
Les métaux non-ferreux présentent les mêmes propriétés mécaniques. Tous les métaux ferreux et non ferreux sont faciles à raffiner. Grâce à leur aptitude à se liquéfier, les métaux se prêtent bien à la réalisation de pièce métallique par moulage.
Applications des différents métaux
Selon le traitement du métal (trempe, teneur en carbone, température de chauffe), les applications du métal changent. Toutefois, les métaux servent pour différentes applications concrètes :
- matériaux de construction ;
- matériaux de structure ferroviaire (rails) ;
- matière première de moulage de pièces automobiles ;
- fabrication de conducteur électrique ;
- fabrication de tuyaux ;
- construction de cuves, citernes, bombonnes.
Les différents aciers
L’acier est un métal ferreux, il s’agit plus exactement d’un alliage de fer. L’acier contient du fer et du carbone (2 % maximum). Il existe 3 types d’aciers, classés selon la quantité de carbone. Les aciers, pour se voir utiliser en construction ou en fabrication, s’allient avec d’autres métaux.
Les propriétés physiques des différents aciers
Les aciers contenant moins de 0,77 % de carbone sont les plus malléables, les deux autres catégories sont plus dures (aciers eutectoïdes et aciers hypereutectoïdes).
On trouve également des aciers sans autres alliages que le carbone, des aciers sans alliages destinés à des applications spécifiques.
Enfin, certains aciers se mélangent avec de faibles proportions d’autres métaux, ou fortement. Les aciers bénéficient de toutes les caractéristiques physiques des métaux ferreux.
Caractéristiques mécaniques des différents aciers
Les propriétés mécaniques de l’acier changent selon les matériaux d’alliage. Sans métal allié, l’acier est naturellement ductile, facile à souder, fondable, forgeable.
Des aciers avec peu d’alliages sont plus élastiques ou plus durs, dotés d’une forte résistance mécanique.
D’autres aciers résistent à la traction, la pression, les températures extrêmes, à la cassure, à l’usure, à la dilatation, à la corrosion.
Les différents applications des aciers
Du fait de leur forte résistance mécanique, leur dureté et leur structure, les applications de l’acier sont partout :
- outils de fabrication ;
- structures métalliques de construction ;
- coques de véhicules, sous-marin ;
- blindages ;
- tubes et tuyaux (acier inoxydable) ;
- pièces de moteur ;
- billes de roulement.
Les différents alliages
Les principaux alliages sont des alliages d’aciers, de cuivre, d’aluminium. En faible proportion, on trouve des alliages de titane.
Le principe des alliages est de modifier les caractéristiques du métal de base. Modifier signifie réduire la corrosion, améliorer la résistance, la soudabilité.
Caractéristiques physiques des alliages
Les propriétés physiques des alliages de fer sont présentées en début d’article. Les caractéristiques des alliages d’acier dépendent du métal allié.
Mélangé à l’inox, l’acier sera moins sensible à la corrosion. L’acier allié au nickel (Invar) est plus résistant à la dilatation. Les alliages d’aluminium avec le zinc, le manganèse, le cuivre se prêtent bien à la fusion pour le moulage de pièces, selon les proportions.
Caractéristiques physiques des alliages
Les alliages d’acier avec du nickel, molybdène ou titane (acier maraging) sont extrêmement durs. L’acier Hadfield (allié au manganèse) est très résistant à l’usure. L’acier au chrome a une meilleure résistance mécanique à haute température.
Les alliages aluminium/cuivre se travaillent plus facilement en fabrication de pièces à froid. L’alliage aluminium/silicium favorise la fusion. Le zinc, élément d’alliage à l’aluminium, réduit son aptitude (déjà faible) à la corrosion. Un alliage titane/fer/carbone se travaille mieux à froid que l’alliage titane/aluminium.
Les applications des alliages
L’acier maraging s’utilise pour la fabrication de lames (souples et dures).
Les implants médicaux et dentaires utilisent beaucoup l’alliage titane/aluminium.
Tous les alliages d’aluminium servent à la construction des satellites et sondes spatiales.
Les alliages de fer (fontes) entrent dans la composition des blocs moteurs, radiateurs, corps de chauffe des chaudières.
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